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Core transport modelling of the DTT full power scenario using different fuelling strategies

B. Baiocchi, L. Aucone, I. Casiraghi, L. Figini, F. Koechl, P. Mantica2023年Nuclear FusionIF 3出版社

A theory-based integrated modelling work of plasma response to deuterium fuelling in the new Divertor Tokamak Test facility (DTT) is performed, using the 1.5D transport code JETTO with the quasi-linear anomalous transport model QuaLiKiz for the core region. The full power DTT scenario E1 is investigated. It is characterised by 28.8 MW of Electron Cyclotron Resonance Heating, 10 MW of Neutral Beam Injection and 6 MW of Ion Cyclotron Resonance Heating to the plasma. Plasma density and temperature profile evolution is calculated up to the separatrix using two different fuelling methods, gas puffing and pellet injection, and two different seeding gases, argon and neon. To sustain the desired pedestal density level with gas puffing a big amount of neutral flux at the separatrix is needed. The feasibility limits of the pumping system are exceeded, regardless of the type of impurity introduced, thus making the use of pellets mandatory. The simulations performed with pellet injection as fuelling method predict that the pedestal density is well sustained with realistic parameters foreseen for the DTT pellet injector. Strong dependence of the core density on the electron cyclotron resonance (ECR) power deposition profile is found. Trapped Electron Modes dominance, low outward flux and strongly hollow density in the inner core region are foreseen with central peaked ECR power deposition profile. Ion Temperature Gradient modes dominance, inward flux and robust density sustainment on the whole radial interval are predicted for spread ECR power deposition, though with central density close to the ECR cut-off limit and with peaked impurity densities. An intermediate deposition extension is found to sustain the whole density profile and to obtain flatter core densities, as previously predicted for the reference full power DTT scenario by fixed pedestal simulations. The ECR deposition is negligibly modified by refraction changes both during a single pellet cycle and after several pellet cycles, indicating full compatibility between the ECR system and the pellet injection system.

日本語訳

理論に基づく統合モデリング研究として、新しいダイバータトカマク試験施設(DTT)における重水素燃料供給に対するプラズマ応答を、コア領域に対して準線形異常輸送モデルQuaLiKizを用いた1.5D輸送コードJETTOを使用して実施した。フルパワーDTTシナリオE1を調査した。このシナリオは、プラズマへの電子サイクロトロン共鳴加熱28.8 MW、中性粒子ビーム入射10 MW、イオンサイクロトロン共鳴加熱6 MWによって特徴づけられる。プラズマ密度・温度分布の時間発展を、2つの異なる燃料供給方法(ガスパフとペレット入射)と2つの異なるシーディングガス(アルゴンとネオン)を用いて、セパラトリックスまで計算した。ガスパフによって所望のペデスタル密度レベルを維持するには、セパラトリックスにおいて多量の中性粒子フラックスが必要である。導入される不純物の種類に関係なく、排気システムの実現可能性限界を超えるため、ペレットの使用が必須となる。燃料供給方法としてペレット入射を用いたシミュレーションは、DTTペレット入射装置に予定されている現実的なパラメータでペデスタル密度が十分に維持されることを予測する。コア密度が電子サイクロトロン共鳴(ECR)パワー堆積分布に強く依存することが見出された。中心でピークしたECRパワー堆積分布では、捕獲電子モードが優勢で、外向きフラックスが小さく、内核領域で強く中空な密度分布になると予測される。広がったECRパワー堆積分布では、イオン温度勾配モードが優勢で、内向きフラックスと全半径区間にわたり頑健な密度維持が予測されるが、中心密度はECRカットオフ限界に近く、不純物密度はピークしたものとなる。中間の堆積の広がりは、密度分布全体を維持し、より平坦なコア密度を得ることが見出された。これは、固定ペデスタルシミレーションによって参照フルパワーDTTシナリオに対して以前に予測されたとおりである。ECR堆積は、単一ペレットサイクル中および数回のペレットサイクル後の両方において、屈折率変化によって無視できる程度しか変更されず、ECRシステムとペレット入射システムの完全な互換性を示している。

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